Нанотехнологии в строительстве
В последние годы нанотехнологии стали составляющей прорыва во многих сферах жизни — от телекоммуникаций до медицины. Нашлось им применение и в строительстве. Так использование нанотехнологий позволяет строить дома, которые могут простоять 300-400 лет.
Почти пятая часть строительных компаний в развитых странах мира используют в своей работе материалы, полученные с применением нанотехнологий. Интересно проанализировать «наноарсенал» зарубежных девелоперов и возможности применения этих инноваций в российской строительной отрасли.
Использование нанотехнологий позволяет придавать обычным строительным материалам невиданные ранее свойства. Одно из направлений разработок — применение ультрадисперсных, наноразмерных частиц при создании высокопрочных долговечных бетонов. Бетон с применением наночастиц отличается сроком службы до 500 лет. Такие материалы предназначены для строительства большепролетных мостов, небоскребов, защитных оболочек атомных реакторов и др. Исследования ученых в области наномодификации металлов и сплавов позволили получить высокопрочную сталь, не имеющую аналогов по показателям прочности и вязкости. Материал подходит для возведения дорожных и гидротехнических объектов. Композитные и полимерные нанопокрытия стальных конструкций значительно повышают стойкость к коррозии и продлевают срок службы даже в агрессивных средах.
К числу современных материалов, созданных с применением нанотехнологий и применяемых в строительстве, относятся и теплоизоляционные материалы, и новые лаки, краски, эмали. Особого внимания заслуживают конструкционные композиты — материалы с полимерной, металлической или керамической матрицей. Примером композитов являются углепластики — композиты с полимерной матрицей и углеволокнами.
Немецкий ботаник Вильгельм Бартлотт обратил внимание на то, что лепестки лотоса покрыты воскообразным веществом, которое вырабатывается растением, делая его неуязвимым для воды. Китайские ученые сымитировали этот эффект при помощи нанопокрытия, которое использовали при возведении здания Большого национального театра в Пекине. Яйцеобразный купол из стекла и титана благодаря этому покрытию не смачивается осадками и не подвергается загрязнению. Фасадные водонепроницаемые краски с применением нанотехнологий будут пользоваться в ближайшие годы особым спросом в строительстве, считают эксперты.
Актуальное направление использования наноматериалов в строительстве — энергосбережение. Полупрозрачные нанопокрытия, созданные в Шанхайском центре науки и нанотехнологий, могут накапливать солнечную энергию. Пленки, нанесенные на окна и стены здания, работают как солнечные батареи, снижая расходы на электроэнергию. Интересные свойства имеют прозрачные наногели (аэрогели), открытые Сэмюэлем Кистлером. Материалы обладают высокими тепло- и звукоизоляционными характеристиками и широко применяются в энергосберегающих кровельных системах верхнего света.
Еще одна инновация — покрытие Cool-Colors для защиты цветных окон из ПВХ от инфракрасного излучения. Благодаря особым пигментам пленка отражает до 80% тепловых лучей и препятствует перегреву конструкции и помещения, продлевая срок службы рамы, снижая затраты на кондиционирование.
Одним из успешных проектов, реализованных в России, является создание нанокомпозитных труб для инженерных систем, которые не только превосходят аналоги по эксплуатационным характеристикам, но и отличаются невысокой стоимостью.
Стоит отметить и производство строительной стеклопластиковой композитной арматуры, перспективной альтернативы стальному аналогу. Материал имеет малый удельный вес (в 4-5 раз меньше, чем у стали), высокую прочность и химическую стойкость. Композитная арматура является диэлектриком, не подвержена коррозии и имеет низкую теплопроводность.
Результаты разработок в области нанотехнологий — новые виды сталей, бетонов, инновационные покрытия для светопрозрачных конструкций и самоочищающиеся покрытия — успешно применяются в современной строительной отрасли. Междисциплинарный характер нанотехнологий и динамичность развития дают основания надеяться, что Россия сможет преодолеть отставание в области применения нано.
При подготовке частично использованы материалы пресс-службы Проплекс
Что такое наноматериалы и как они применяются в строительстве
Из чего только ни строили люди свои дома на протяжении всей истории человечества. Строили из костей животных, снега, земли, камней, дерева, песка и травы. Возводили жилища даже из обожженных на огне продуктов жизнедеятельности крупного домашнего скота. Научно-технический прогресс не стоит на месте.
Более привычными и достаточно долговечными, проверенными временем, материалами для строительства на многие века стали камень и дерево. Но природа не может бесконечно давать естественные материалы для строительства. Каменоломни когда-нибудь опустеют и поредеют леса от тотальной вырубки на нужды цивилизации. Человечество, наконец, задумалось о создании более совершенных строительных материалах. Наноматериалы — вот о чем пойдет здесь речь .
Что такое наноматериалы?
Во-первых , нужно уточнить, что наноматериалы называются так по причине присутствия в их составе наночастиц, то есть настолько мельчайших частиц, которые невидимы даже многими увеличивающими приборами, не то, что невооруженным глазом. Но их невообразимо маленький размер позволяет им демонстрировать свойства, не свойственные классической физике. Такие свойства материалов для обычного человека больше похожи на волшебство, хотя представляют собой вполне объяснимые факты из области физики.
Почему же такие материалы приобретают всё большую популярность в строительстве? Дело в том, что они показывают высокую износоустойчивость, жароустойчивость, эффективные электрофизические свойства. Всё это ведет к тому, что появились новые возможности для разработки и создания новых, экологически чистых, легких, малозатратных, в перспективе своей, строительных материалов.
К примеру , традиционное покрытие для фасадов зданий, в том числе окна высотных зданий, достаточно трудно очистить от загрязнений. Наноматериалы позволяют создать верхнее покрытие для наружной фасадной отделки, которое будет самоочищаемым. Тогда меньше будет хлопот с очисткой высотных зданий, можно будет оставить это под ответственность обычного обильного дождя.
В настоящее время разрабатываются сверхпрочные и сверхлегкие строительные материалы для возведения зданий , ведь территорию многих крупных городов увеличить очень трудно для развития застройки, а вот построить более высокие здания гораздо реальнее.
Безопасны ли наноматериалы для человека?
Несмотря на то что материалы с наночастицами становятся самыми перспективными в сфере строительства, до сих пор до конца не изучено влияние наночастиц на организм человека. Учение понимают , что с открытием новых свойств частиц, появится и ряд проблем, связанных с воздействием малоизученных материалов на окружающую среду. В этом отношении проводятся глубокие исследования, и небольшой процент изученности наночастиц –это единственное что серьезно тормозит их использование в различных сферах деятельности человека, многое, что изобретено и построено сегодня из этих мельчайших частиц,
Но можно быть уверенными, что в ближайшие пару десятилетий наночастицы окончательно потеснят привычные строительные материалы и то, что сегодня все еще напоминает фантастику, в ближайшее время станет повседневной реальностью.
Если понравилась статья, ставьте палец вверх и подписывайтесь на наш канал.
Строительство
Жилой комплекс «Волжские паруса»
Нанотехнологии в строительстве
Строительный сектор имеет дело с огромным количеством сырья и различные инновационные материалы уже находят применение в современном строительстве и начинают вносить свою долю в формирование архитектуры будущего.
Но пока фактическое использования нанотехнологий в строительстве является довольно ограниченным, поскольку инновационные идеи в большинстве своем ориентированы на поверхностные эффекты, а не на формирование новых структур строительных матералов. Тем не менее, достижения фундаментальных исследований в области нанотехнологий постепенно находят свой путь в строительную отрасль.
Уже получены конструкционные композиционные материалы с уникальными прочностными характеристиками, новые виды арматурных сталей, уникальные нанопленки для покрытия светопрозрачных конструкций, самоочищающиеся и износостойкие покрытия, паропроницаемые и гибкие стекла.
Фантастически выглядят перспективы дальнейшего развития. Например:
- основания зданий с саморегулирующей системой компенсации усадок грунтов
- несущие конструкции зданий, осуществляющие мониторинг собственного напряженно-деформированного состояния
- ограждающие конструкции и кровли, аккумулирующие энергию солнца
- покрытия, реагирующие на психофизическое состояние людей
- фотокаталитические и другие функциональные покрытия
— все это должно стать основой современного «умного дома» нового поколения.
Без применения нанотехнологий невозможна и полноценная реализация проектов энергонезависимого «пассивного дома». Основной особенностью «пассивного дома» (экодома, англ. passive house) является малое энергопотребление и почти полная энергонезависимость, что обеспечивается использованием всего спектра возможностей сохранения тепла и самопроизводства энергии.
Будущее строительного материаловедения во многом связано с применением нанотехнологических подходов — внедрения процессов формирования структуры современных строительных материалов, предусматривающих их сборку или самосборку «снизу-вверх», то есть дизайн материала или изделия, который заключается в контролируемом и управляемом воздействии на процесс структурообразования, начиная с наноразмерного уровня. Результатом такого подхода будет получение новых по составу и качественно отличающихся по структуре и свойствам конструкционных, теплоизоляционных, отделочных и других материалов, в полной мере отвечающих современным тенденциям развития архитектурных форм, конструктивных решений и технологии возведения объектов промышленного и гражданского назначения.
И уже в настоящее время планируются и проводятся теоретические и экспериментальные исследования, направленные на разработку методов наноструктурного модифицирования материалов, изучение количественных и качественных изменений их важнейших свойств и разработку технологических процессов получения различных видов строительных материалов, изделий и конструкций с улучшенными по сравнению с аналогами физико-механическими характеристиками.
Несмотря на то, что новые технологии и материалы уже внедряются в строительную отрасль, их доля еще достаточно мала — менее 1% в общем объеме материалов строительного сектора.
Материалы раздела Нанотехнологии в строительстве
Строительную отрасль отличает очень низкий уровень инвестиций в научно-исследовательские работы. Она скорее пытается использовать разработки и изобретения, созданные в других отраслях науки и промышленности, чем создавать их внутри себя. Поэтому основными предпосылками развития строительного материаловедения являются результаты исследований в смежных областях.
Совершенно естественно, что для создания и отработки нанотехнологий требуются новейшие лабораторные корпуса и испытательные центры с уникальным оборудованием, где можно производить измерения геометрических размеров с точностью до нм и изготавливать изделия толщиной до нескольких молекул и площадью несколько нм 2 .
Научный Интернет-журнал «Нанотехнологии в строительстве» (www.nanobuild.ru) совместно с Интернет-порталом NanoNewsNet (www.nanonewsnet.ru) провели II Международную научно-практическую online-конференцию «Применение нанотехнологий в строительстве».
Научный Интернет-журнал «Нанотехнологии в строительстве» и интернет-портал NanoNewsNet провели I Международную научно-практическую online-конференцию «Применение нанотехнологий в строительстве». Предлагаем посетителям ознакомиться с ответами на вопросы участников конференции.
Государственная корпорация «Российская корпорация нанотехнологий» (РОСНАНО), выступая соинвестором в нанотехнологических проектах со значительным экономическим или социальным потенциалом, уже утвердила и реализует несколько проектов, продукция которых может использоваться в строительной отрасли.